JP7228090B2 - 液晶組成物の製造方法、膜付基材の製造方法、液晶表示素子の製造方法及び供給装置 - Google Patents
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Description
液晶表示素子は、対向して配置された一対の基板と、一対の基板間に設けられ、複数種の液晶分子を含む液晶組成物(液晶材料)から形成された液晶層とを有する。この液晶表示素子は、例えば、一方の基板上に液晶組成物を滴下した後、他方の基板を貼り合わすことにより製造される。
ここで、滴下する際の液滴のサイズが大きいと、基板上に液晶組成物を滴下した際に形成される痕跡(滴下痕)が目立ち易い。
ところで、液晶分子は、再結晶、抽出、カラム処理(クロマトグラフィー、吸着、イオン交換)、蒸留等の過程を経て製造される。このため、液晶組成物には、液晶分子の製造過程から溶剤や溶存気体等の不純物が持ち込まれることがある。
また、インクジェット方式等の液滴吐出法で液晶組成物を滴下する際、液晶組成物中の溶存気体により滴下不良が生じる場合や、液滴のサイズが小さくなり1つの液滴中に占める不純物の割合が多くなる場合がある。
このようなことから、不純物(特に溶剤)の量がより少ない液晶組成物が求められている。
(1) 複数種の液晶分子を含有する液晶混合物を準備する工程と、
前記液晶混合物を中空糸膜モジュールに通過させて、前記液晶混合物中に含まれる不純物を除去することにより、液晶組成物を得る工程とを有することを特徴とする液晶組成物の製造方法。
(3) 前記不純物は、溶剤を含む上記(1)又は(2)に記載の液晶組成物の製造方法。
(4) 前記中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、該中空糸膜束を収納するハウジングとを備え、
前記中空糸膜及び前記ハウジングのうちの少なくとも一方が、フッ素系樹脂又はイミド系樹脂を含む上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の液晶組成物の製造方法。
(6) 前記中空糸膜束の膜面積は、0.01~40m2である上記(4)又は(5)に記載の液晶組成物の製造方法。
(7) 上記(1)~(6)のいずれか1つに記載の液晶組成物の製造方法により液晶組成物を製造する工程と、
該液晶組成物を基材上に供給して、前記液晶組成物による被膜を形成する工程とを有することを特徴とする膜付基材の製造方法。
(9) 一対の基板と、該一対の基板間に設けられた液晶層とを有する液晶表示素子の製造方法であって、
上記(1)~(6)のいずれか1つに記載の液晶組成物の製造方法により液晶組成物を製造する工程と、
該液晶組成物を前記一対の基板間に配置して、前記液晶層を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
(11) 液晶組成物の供給に用いられる供給装置であって、
複数種の液晶分子を含有する液晶混合物を通過させて、該液晶混合物中に含まれる不純物を除去することにより前記液晶組成物を製造する中空糸膜モジュールを少なくとも有することを特徴とする供給装置。
(12) さらに、基材を支持する支持部と、該支持部に対して相対的に移動可能に設けられ、前記中空糸膜モジュールから移送された前記液晶組成物を、前記支持部に支持された前記基材上に供給する供給部とを有する上記(11)に記載の供給装置。
(14) 前記中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、該中空糸膜束を収納するハウジングとを備え、
前記中空糸膜及び前記ハウジングのうちの少なくとも一方が、フッ素系樹脂又はイミド系樹脂を含む上記(11)~(13)のいずれか1つに記載の供給装置。
(16) さらに、前記液晶混合物を貯留する貯留部を有し、
前記中空糸膜モジュールは、前記貯留部から移送された前記液晶混合物を通過させる上記(11)~(15)のいずれか1つに記載の供給装置。
(17) さらに、前記中空糸膜モジュールを通過する前の前記液晶混合物、及び前記中空糸膜モジュールを通過した後の前記液晶組成物のうちの少なくも一方の温度を調整する温調部を有する上記(16)に記載の供給装置。
図1は、液晶表示素子の一実施形態を模式的に示す分解斜視図、図2は、図1中のI線で囲まれた領域を拡大した平面図、図3は、液晶表示素子を製造に用いられる液滴吐出装置を示す全体斜視図、図4は、図3の液滴吐出装置の一部の構成を示す概略図、図5は、カラーフィルタ基板の上面図、図6は、液滴吐出部のノズル孔形成面を模式的に示す図、図7は、液滴吐出部の内部構成を示す要部断面図、図8は、図3の液滴吐出装置のブロック図、図9は、中空糸膜モジュールの概略断面図、図10は、図9中のII-II線断面図である。
なお、以下では、説明の都合上、図3及び図7中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。また、供給装置において、主走査方向を「Y方向」、主走査方向と直交する副走査方向を「X方向」、上下方向を「Z方向」とする。
まず、液晶表示素子の一実施形態について説明する。
図1に示す液晶表示素子10は、対向するように配置されたアクティブマトリクス基板AM及びカラーフィルタ基板CFと、アクティブマトリクス基板AMとカラーフィルタ基板CFとの間に挟持された液晶層40とを備えている。
アクティブマトリクス基板AMは、第1の基板20と、第1の基板20の液晶層40側の面に設けられた画素電極層50と、第1の基板20の液晶層40と反対側の面に設けられた第1の偏光板70とを有している。
一方、カラーフィルタ基板CFは、第2の基板30と、第2の基板30の液晶層40側に設けられた共通電極層60と、第2の基板30の液晶層40と反対側の面に設けられた第2の偏光板80と、第2の基板30と共通電極層60との間に設けられたカラーフィルタ90とを有している。
液晶層40は、複数種の液晶分子を含む液晶組成物から形成されている。なお、液晶組成物については、後に詳述する。
第1の基板20及び第2の基板30は、双方が透光性を有していても、一方のみが透光性を有していてもよい。後者の場合は、他方の基板は、例えば金属材料、シリコン材料のような不透明な材料で構成することができる。
複数のゲートバスライン110と複数のデータバスライン120とは、互いに交差してマトリクス状に配置され、これらで囲まれた領域により、液晶表示素子10の単位画素が形成されている。各単位画素内には、1つの画素電極130が形成されている。なお、各画素は複数のサブ画素から構成されていてもよい。
かかる構造の画素電極130によれば、液晶分子が幹部に対して枝部が傾斜する4方向に一致して傾斜配向するようになる。このため、1つの画素内に4分割されたドメインが形成され、液晶表示素子10の視野角を広げることができる。
一対のゲートバスライン110、110の間には、ゲートバスライン110とほぼ平行にCs電極140が設けられている。また、ゲートバスライン110とデータバスライン120とが互いに交差する交差部近傍には、ソース電極150及びドレイン電極160を含む薄膜トランジスタが設けられている。ドレイン電極160には、コンタクトホール170が設けられている。
透明電極の平均厚さは、10~200nm程度であることが好ましい。また、電気的抵抗を低減するために、アモルファスのITO膜を焼成することにより多結晶のITO膜として透明電極を形成することもできる。
顔料分散法では、カラーフィルタ用の硬化性着色組成物を、第2の基板30上に所定のパターンとなるように供給した後、加熱又は光照射することにより硬化させる。この操作を、赤、緑、青の3色について行うことにより、カラーフィルタ90を得ることができる。
なお、カラーフィルタ90は、第1の基板20側に配置してもよい。
なお、ブラックマトリクスBMは、第2の基板30側にカラーフィルタ90とともに配置してもよく、第1の基板20側にカラーフィルタ90とともに配置してもよく、ブラックマトリクスBMを第1の基板20側にカラーフィルタ90を第2の基板30側にそれぞれ個別に配置してもよい。また、ブラックマトリクスBMは、カラーフィルタ90の各色を重ね合わせ、透過率を低下させた部分で構成することもできる。
なお、アクティブマトリクス基板AMとカラーフィルタ基板CFとの間には、それらの離間距離を保持するスペーサを配置してもよい。スペーサとしては、例えばガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子のような粒状スペーサ、フォトリソグラフィー法により形成された樹脂製のスペーサ柱等が挙げられる。
アクティブマトリクス基板AMとカラーフィルタ基板CFとの平均離間距離(すなわち、液晶層40の平均厚さ)は、1~100μm程度であることが好ましい。
このような液晶表示素子10は、図3に示す液滴吐出装置(本発明の供給装置)1を用いて製造される。この液滴吐出装置1は、液晶組成物40Cを液滴DRとして吐出(供給)して、カラーフィルタ基板CF(基材)上に吐出する装置である(図7参照)。なお、図5に示すように、カラーフィルタ基板CFは、ブラックマトリックスBMで区画された複数のセルCLを有する。セルCLは、X方向及びY方向に沿って行列状に配置されている。そして、各セルCLに液滴DRが着弾することにより、液晶組成物40Cが供給される。
図4に示すように、貯留部2の下流側には、温調部3が配置されている。温調部3は、液滴吐出部6を支持するキャリッジ14に、中空糸膜モジュール4及び吸引部5とともに内蔵されている。貯留部2と温調部3とは、可撓性を有するチューブ131を介して接続されている。
このような構成の温調部3により、バッファ部31内で液晶混合物40Aを十分に加熱することで、液晶混合物40Aの粘度を低下させることができる。そして、液晶混合物40Aは、粘度が低下した状態のまま中空糸膜モジュール4に移送されるので、中空糸膜モジュール4を円滑に通過することができる。
また、温調部3は、本実施形態では中空糸膜モジュール4を通過する前の液晶混合物40Aの温度を調整するよう構成されているが、これに限定されない。温調部3は、その配置箇所に応じて、例えば、中空糸膜モジュール4を通過した後の液晶組成物40Cの温度を調整するよう構成することもできるし、中空糸膜モジュール4を通過する前の液晶混合物40Aと、中空糸膜モジュール4を通過した後の液晶組成物40Cとの双方の温度を調整するよう構成することもできる。
また、中空糸膜モジュール4と吸引部5とは、可撓性を有するチューブ133を介して接続されている。吸引部5は、例えばポンプで構成されている。
液滴吐出部6は、中空糸膜モジュール4から移送された液晶組成物40Cを、支持部7に支持されたカラーフィルタ基板CF(基材)上に吐出することができる。この液滴吐出部6は、液滴吐出法(特に、インクジェット法)により液晶組成物40Cを液滴DRとしてカラーフィルタ基板CF上に吐出して供給する液滴吐出ヘッドで構成されている。これにより、カラーフィルタ基板CFの各セルCLに液滴DRを正確に着弾させることができ、よって、各セルCLへの液晶組成物40Cの供給を過不足なく行うことができる。
振動板63は、ノズル孔プレート61の上側に、ノズル孔プレート61に対向して配置されている。これにより、振動板63とノズル孔プレート61との間で、液晶組成物40Cが収納されるキャビティ62が画成される。キャビティ62は、チューブ134に連通している。これにより、キャビティ62には、中空糸膜モジュール4からの液晶組成物40Cが流入する。なお、キャビティ62は、1つのノズル孔611に対して、1つ配置されている。
加熱部65は、キャビティ62の外側に配置されている。加熱部65は、通電により加熱する電熱線で構成されている。加熱部65の発熱により、キャビティ62内の液晶組成物40Cを加熱することで、液晶組成物40Cの粘度を低下させることができる。この粘度低下により、液晶組成物40Cをノズル孔611から円滑に吐出させることができる。
液滴吐出部6を構成する液滴吐出ヘッドは、液滴吐出法の種類に応じて適宜選択することができ、例えば、インクジェット法であればインクジェットヘッドを用いることができ、スプレー法であればスプレーヘッドを用いることができる。
そして、液晶組成物40Cの供給が完了したカラーフィルタ基板CFには、液晶組成物40Cによる被膜が形成される。
X方向移動部81は、例えば、モータ(図8中のX軸モータ811)と、モータに連結されたボールネジと、ボールネジに連結されたリニアガイドとを有する構成とすることができる。Y方向移動部82も、例えばX方向移動部81と同様に、モータ(図8中のY軸モータ821)と、モータに連結されたボールネジと、ボールネジに連結されたリニアガイドとを有する構成とすることができる。
なお、移動部8は、液滴吐出部6をキャリッジ14ごとZ方向に移動させるZ方向移動部を有していてもよい。
待機ステージ9では、液滴吐出部6の温度状態を、液晶組成物40Cの吐出時と同じ状態に維持することができる。
また、待機ステージ9は、液滴吐出部6が待機中に、ノズル孔611に目詰まりが生じるのを防止したり、ノズル孔611を介して液晶組成物40Cが乾燥するのを防止するよう構成されていることが好ましい。
例えば、制御装置11には、ヒータ駆動回路151、ペルチェ素子駆動回路152、ヘッド駆動回路153、X軸モータ駆動回路154及びY軸モータ駆動回路155が電気的に接続されている。
制御装置11は、Y方向駆動制御信号をY軸モータ駆動回路155に出力する。Y軸モータ駆動回路155は、制御装置11からのY方向駆動制御信号に応答して、Y方向移動部82が有するY軸モータ821を正転又は逆転させることができる。これにより、液滴吐出部6をキャリッジ14ごとY方向に所定量移動させることができる。
ヘッド駆動回路153は、制御装置11からのパターン形成用制御信号を各加振部64に対応させて順次シリアル/パラレル変換する。ヘッド駆動回路153は、制御装置11からの吐出タイミング信号を受ける度に、シリアル/パラレル変換したパターン形成用制御信号をラッチし、パターン形成用制御信号によって選択される各加振部64に駆動電圧を供給することができる。これにより、カラーフィルタ基板CFへの液滴DRの吐出を正確に行うことができる。
制御装置11は、ペルチェ素子駆動制御信号をペルチェ素子駆動回路152に出力する。ペルチェ素子駆動回路152は、制御装置11からのペルチェ素子駆動制御信号に応答して、ペルチェ素子17を作動させることができる。なお、ペルチェ素子17は、振動が少なく低騒音であり、また厳密な温度コントロールが可能である。このため、例えば、ヒータ32に加えて温調部3に配置したり、加熱部65に加えて液滴吐出部6に配置することにより、中空糸膜モジュール4を通過する前の液晶混合物40Aの温度や、中空糸膜モジュール4を通過した後の液晶組成物40Cの温度をより正確に調整することができる。
詳しくは、不純物40Bとして残留溶剤を多く含む液晶混合物40Aを用いて製造された液晶表示素子10は、液晶層40中に残存する溶剤が有機部材と接触することにより液晶表示素子10の性能が低下する場合がある。不純物40Bとして溶存気体を多く含む場合も同様に、液晶層40中に残存する溶存気体より液晶表示素子10の性能が低下する場合がある。また、液晶混合物40Aを液滴吐出装置1で供給する場合、キャビテーションにより液晶混合物40A中に含まれる溶存気体が気泡となり、吐出不良が生じる場合がある。
なお、残留溶剤には、液晶分子の合成、再結晶、抽出、カラム処理(クロマトグラフィー、吸着、イオン交換)のような液晶分子を得る一連の過程のいずれかで使用した溶剤が含まれる。
中空糸膜モジュール4を通過させて得られた液晶組成物40Cは、残留溶剤を含まないか、含んでいても微量である。このような液晶組成物40Cにより製造された液晶表示素子10は、残留溶剤による性能の低下が生じ難くなる。また、中空糸膜モジュール4を通過させて得られた液晶組成物40Cは、溶存気体を含まないか、含んでいても微量である。そのため、溶存気体による液晶表示素子10の性能低下を抑制することができ、さらに液晶組成物40Cを液滴吐出装置1で吐出する場合は、キャビテーションによる気泡の発生を低減して吐出不良を抑制し、液晶組成物40Cの液滴吐出装置1による安定した吐出が可能となる。
中空糸膜41は、中空の線状をなす多孔質体で構成されている。なお、中空糸膜41の大きさは、次の通りであることが好ましい。例えば、外径は、100~400μm程度であることが好ましく、150~250μm程度であることがより好ましい。内径は、60~370μm程度であることが好ましく、80~220μm程度であることがより好ましい。外径や内径を上記の範囲とすることで、大きな膜面積の中空糸膜束42を得ることができ、不純物40Bの除去効率が良好になるからである。また、全長は、中空糸膜束42の膜面積に応じて適宜設定することができる。
そして、複数本の中空糸膜41を同じ向きに配列させて、これらを円筒状に束ねることにより、中空糸膜束42が作製される。
ハウジング本体45は、その内側に中空糸膜束42を同心的に配置することができる。本実施形態では、ハウジング本体45は、中空糸膜束42と同様の円筒状をなす。
また、ハウジング本体45の外周部には、チューブ134が接続される接続部48が突出形成されている。接続部48は、筒状をなし、ハウジング本体45内と連通している。接続部48の内周部には、雌ネジ481が形成されている。これにより、例えば、チューブ134が雌ネジ481と螺合する雄ネジを有する場合、接続部48とチューブ134との接続操作と接続解除操作とを容易かつ迅速に行うことができる。
小径部461は、第1の蓋体46の中で、外径及び内径が最も小さい部分である。この小径部461は、チューブ132が接続される接続部として機能する。小径部461の内周部には、雌ネジ461aが形成されている。これにより、例えば、チューブ132が雌ネジ461aと螺合する雄ネジを有する場合、小径部461とチューブ132との接続操作と接続解除操作とを容易かつ迅速に行うことができる。
大径部463は、第1の蓋体46の中で、外径及び内径が最も大きい部分である。この大径部463は、ハウジング本体45にその外側から嵌合している。これにより、第1の蓋体46がハウジング本体45に装着されるとともに、これらの間が液密的に封止される。なお、液密性をより高める観点からは、第1の蓋体46とハウジング本体45との間にOリング(封止部材)を配置するようにしてもよい。
小径部471は、第2の蓋体47の中で、外径及び内径が最も小さい部分である。この小径部471は、チューブ133が接続される接続部として機能する。小径部471の内周部には、雌ネジ471aが形成されている。これにより、例えば、チューブ133が雌ネジ471aと螺合する雄ネジを有する場合、小径部471とチューブ133との接続操作と接続解除操作とを容易かつ迅速に行うことができる。
大径部473は、第2の蓋体47の中で、外径及び内径が最も大きい部分である。この大径部473は、ハウジング本体45にその外側から嵌合している。これにより、第2の蓋体47がハウジング本体45に装着されるとともに、これらの間が液密的に封止される。なお、液密性をより高める観点からは、第2の蓋体47とハウジング本体45との間にOリング(封止部材)を配置するようにしてもよい。
一方、中空糸膜モジュールが内部灌流型のモジュールである場合、ハウジング本体45及び液晶混合物40Aの導入側にある第1の蓋体46及び液晶混合物40A(液晶組成物40C)の排出側にある第2の蓋体47の両方をフッ素系樹脂又はイミド系樹脂を含む材料で構成することが好ましい。内部灌流型のモジュールの場合、ハウジング本体45の他に第1の蓋体46及び第2の蓋体47も液晶混合物40Aと必然的に接触するからである。
本実施形態の中空糸膜モジュール4は、図9及び図10に示すように、液晶混合物40Aをハウジング43と中空糸膜束42とで画成された空間に通過させる外部灌流型のモジュールである。すなわち、中空糸膜モジュール4では、液晶混合物40Aは、第1の蓋体46、支持体44、支持体44の各貫通孔を順に通過して、その後、中空糸膜束42における中空糸膜41同士の間(各中空糸膜41の外側)を通過することができる。そして、液晶混合物40Aは、中空糸膜41同士の間を通過する過程で、後述のように不純物40Bが除去される。
不純物40Bを除去するのに際して、吸引部5を作動させる。これにより、中空糸膜モジュール4では、各中空糸膜41内が一括して吸引されて、減圧状態となる。
この状態で、中空糸膜41同士の間を通過する液晶混合物40Aが各中空糸膜41の外周面に接触すると、液晶混合物40A中に含まれる不純物40Bが、減圧状態にある各中空糸膜41の内側に引き込まれる。これにより、液晶混合物40Aから不純物40Bが除去される。液晶混合物40Aから不純物40Bが除去されることで得られた液晶組成物40Cは、接続部48を介して液滴吐出部6に移送され、液晶層40の形成に用いられる。液晶組成物40Cは、不純物40Bを含まないか或いは十分に低減されているため、アクティブマトリクス基板AM及びカラーフィルタ基板CFの表面に存在する有機部材に対する悪影響を防止又は抑制することができる。
ただし、外部灌流型のモジュールは、液晶混合物40Aを通過させる際の圧力損失が少ない特徴がある。また、外部灌流型のモジュールでは、中空糸膜41の近傍が乱流域になるため、残留溶媒のような比較的除去し難い不純物40Bであっても効率よく除去することができる。さらに、外部灌流型のモジュールであれば、残留溶媒より除去し易い溶存ガスに対しても高い除去能を発揮する。
したがって、外部灌流型のモジュールは、小型化した場合でも、不純物40Bの十分な除去効率を維持することができる。このため、本実施形態のように小型化が求められる液滴吐出装置1に搭載するのに適している。
また、インクジェット方式で液晶組成物40Cを供給(付与)する場合、液晶組成物40Cの液滴DRが微小となるため、その分、不純物40Bが占める割合が多くなり、アクティブマトリクス基板AM及びカラーフィルタ基板CFの表面に存在する有機部材が不純物40Bに起因する悪影響を受け易くなる。しかしながら、液晶組成物40Cからは不純物40Bが十分に除去されているため、不純物40Bに起因する前記有機部材に対する悪影響が低減される。
かかる不純物40Bは、例えば、液晶分子を得る際(例えば、合成、再結晶、抽出、カラム処理等の際)に使用した溶剤(以下、「残留溶剤」とも言う。)を含む。残留溶剤の具体例としては、例えば、ジエチルエーテル(34.6℃)、メタノール(64.7℃)、エタノール(78.3℃)、アセトニトリル(82℃)、アセトン(56℃)、ジクロロメタン(40℃)、メチルエチルケトン(79.6℃)、n-ヘキサン(69℃)、酢酸エチル(77.1℃)、シクロヘキサン(80.7℃)、へプタン(98.4℃)、メチルシクロヘキサン(101℃)、トルエン(110.6℃)、N-メチル-2-ピロリドン(202℃)等が挙げられる。なお、各溶剤のカッコ内の温度は、1気圧での沸点を示す。
すなわち、その好ましい上限値は、50ppm程度であり、30ppm程度であり、10ppm程度であり、5ppm程度であり、1ppm程度であり、0.5ppm程度である。残留溶剤の量が上記上限値以下である液晶組成物40Cを用いて、液晶表示素子10を製造することにより、残留溶剤による液晶表示素子10の性能の低下を抑制することができる。
かかる観点から、液晶組成物40C中に含まれる残留溶剤の量は、できる限り0ppmに近い方が好ましが、0ppmでなくてもよい。すなわち、その好ましい下限値は、0.01ppm程度であり、0.05ppm程度であり、0.1ppm程度である。残留溶剤の量を上記下限値未満としても、それ以上の効果の増大が期待できない。また、残留溶剤の量を上記下限値未満とするには、液晶混合物40Aを中空糸膜モジュール4に通過させる際の条件を過酷な条件(例えば、高い減圧状態)とする必要があるため、液晶分子の種類によっては、液晶組成物40Cの組成が若干変動するおそれがあるためである。
液晶組成物40C中に含まれる残留溶剤の量は、ガスクロマトグラフィを用いて簡便に測定することができる。ガスクロマトグラフィを用いた残留溶剤の量の測定の詳細については後述する実施例の項で説明する。
さらに、吸引部5による吸引の程度(真空度)も、特に限定されないが、0.1kPa(abs)以上70kPa(abs)以下であることが好ましく、2.5kPa(abs)以上70kPa(abs)以下であることがより好ましい。上述した好ましい膜面積で作成した中空糸膜モジュール4を、上記流量及び真空度で操作することにより、不純物(特に残留溶剤)40Bを効率的に除去することが可能となる。
また、液滴吐出装置1では、不純物40Bは、中空糸膜41内、第2の蓋体47、チューブ133を順に通過して、吸引部5側で回収されることが好ましい。
このような液滴吐出装置1の動作(使用方法)、すなわち液滴吐出装置1を用いた液晶表示素子10の製造方法について説明する。
<1> まず、複数種の液晶分子を混合して液晶混合物40Aを調製(準備)する。通常、液晶混合物40Aには、前述したような不純物40Bが混入(残留又は溶存)してしまう。すなわち、液晶混合物40Aは、液晶分子の他に不純物40Bも含む状態となっている。なお、液晶混合物40Aは、複数種の液晶分子が予め混合された市販品を使用するようにしてもよい。また、液晶混合物40Aの調製においては、例えば重合性化合物や配向助剤、その他添加剤等の任意成分が、複数種の液晶分子と共に混合されてもよい。
<3> その後、液滴吐出装置1を作動させると、吸引部5による減圧動作が開始する。液晶混合物40Aはキャビティ62から消費された分、自重で温調部3から中空糸膜モジュール4に移送される。なお、液晶混合物40は、温調部3を通過する際に加温され、その粘度が低下する。
<4> 液晶混合物40Aは、中空糸膜モジュール4を通過する際に、不純物40Bが除去され、液晶組成物40Cが製造される。
かかる本工程<4>と上記工程<1>とにより、本発明の液晶組成物の製造方法を実行することができる。
かかる本工程<5>と上記工程<1>及び<4>とにより、本発明の膜付基材の製造方法を実行することができる。
<6> 次に、カラーフィルタ基板CFにアクティブマトリクス基板AMを重ね合わせる。これにより、液晶組成物40Cが一対の基板AM、CFで挟持されて、液晶層40が形成される。なお、アクティブマトリクス基板AMを重ねる作業は、自動化されているのが好ましいが、手作業で行われてもよい。
<7> その後、加熱及び紫外線照射のうちの少なくとも一方によりシール材を硬化させる。これにより、液晶液晶表示素子10を得ることができる。
また、供給部は、液滴吐出部6に代えて、ディスペンサー、ノズル等で構成してもよい。この場合、真空注入法を用いて液晶組成物40Cを供給することができる。例えば、真空注入法では、まず、アクティブマトリクス基板AM及びカラーフィルタ基板CFの少なくとも一方の縁部に沿って、注入口を残すようにしてシール材をスクリーン印刷する。その後、2つの基板AM、CFを貼り合わせ、加熱及び紫外線照射のうちの少なくとも一方によりシール材を硬化させる。次に、液晶組成物を真空下で注入口を介して、2つの基板AM、CFの間のシール材で区画された空間内に注入した後、注入口を封止する。
さらに、貯留部2には、液晶組成物40Cを貯留するようにしてもよい。この場合、中空糸膜モジュール4は、例えば、フレーム12に配置することができる。
液晶層40を形成するのに用いる液晶組成物40C(液晶混合物40A)は、複数種の液晶分子を含有する。なお、液晶組成物40Cの組成(液晶分子及びその他の化合物)は、不純物が除去される点を除き、液晶混合物40Aの組成(液晶分子及びその他の化合物)と、通常、同じである。
負の誘電率異方性を有する液晶分子とは、Δεの符号が負で、その絶対値が2より大きい値を示す化合物をいう。なお、化合物のΔεは、20℃において誘電的にほぼ中性の組成物に該化合物を添加した組成物の誘電率異方性の測定値から外挿した値である。また「誘電的にほぼ中性の組成物」とは、20℃においてΔεが-2以上かつ+2以下の組成物をいう。
正の誘電率異方性を有する液晶分子とは、Δεの符号が正で、その絶対値が2より大きい値を示す化合物をいう。なお、化合物のΔεは、20℃において誘電的にほぼ中性の組成物に該化合物を添加した組成物の誘電率異方性の測定値から外挿した値である。また、「誘電的にほぼ中性の組成物」とは、20℃においてΔεが-2以上かつ+2以下の組成物をいう。
本発明における液晶組成物は、誘電的に中性の液晶分子を1種類又は2種類以上、更に含有する。「誘電的に中性の液晶分子」とは、20℃においてΔεが-2以上かつ+2以下の化合物をいう。
更に詳述すると、RNU11、RNU21、RNU31、RNU41、RNU51、RNU61、RNU71、RNU81は、炭素原子数1~5のアルキル基であることが特に好ましく、RNU12、RNU22、RNU32、RNU42、RNU52、RNU62、RNU72及びRNU82は、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数1~5のアルコキシ基であることが特に好ましい。
本発明における液晶組成物は、上述の液晶分子の他に、重合性化合物を1種類又は2種類以上含有しても良い。重合性化合物を含む液晶組成物は、重合性化合物の重合により良好な配向状態が得られるため、PSA型、PSVA型、NPS型の液晶表示素子10を作製する場合や、配向膜を有さないことを特徴とするPI-less型の液晶表示素子10を作製する場合に好適に用いることができるからである。
で表される重合性基を表し、S11、S12及びS13は、それぞれ独立して、単結合又は炭素原子数1~15のアルキレン基を表し、該アルキレン基中の1個の-CH2-又は隣接していない2個以上の-CH2-は、-O-、-OCO-又は-COO-で置換されても良く、P13及びS13が複数存在する場合は、それぞれ、同一であっても異なっていても良い。)
本発明における液晶組成物がn型の場合、該液晶組成物は、配向助剤を1種類又は2種類以上含有しても良い。配向助剤とは、液晶分子を自発的に配向させる機能を有する化合物である。配向助剤を含むn型液晶組成物は、配向膜がなくても液晶分子が配向可能となるため、対向する一対の基板の少なくとも一方がポリイミド配向膜等の配向膜を有さない液晶表示素子(PI-less型の液晶表示素子)10を製造することができる。
また、SpAP1において、アルキレン基中の1個又は隣接しない2個以上の-CH2-は、それぞれ独立して、-CH=CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-COO-又は-OCO-で置換されてもよい。
なお、「環式基」とは、構成する原子が環状に結合した原子団のことをいい、炭素環、複素環、飽和又は不飽和環式構造、単環、2環式構造、多環式構造、芳香族、非芳香族などを含む。
本発明における液晶組成物は、酸化防止剤を1種類又は2種類以上含むことが好ましく、中でもヒンダードフェノール系の酸化防止剤を含むことが好ましい。酸化防止剤としては、一般式(H-1)から一般式(H-4)で表される酸化防止剤からなる群から選択される1種類又は2種類以上であることが好ましい。
本発明における液晶組成物は、上述の化合物以外に、通常のネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶、紫外線吸収剤、光安定剤、赤外線吸収剤等を含有しても良い。
本発明における液晶組成物40Cは、一般式(N-01)から(N-05)で表される化合物からなる群から選ばれる化合物を1種類又は2種類以上と、一般式(NU-01)から(NU-08)で表される化合物からなる群から選ばれる化合物を1種類又は2種類以上と、を少なくとも含んでいてもよい。上記液晶組成物の総量に対する一般式(N-01)から(N-05)で表される化合物及び一般式(NU-01)から(NU-08)で表される化合物の総含有量の好ましい下限値は、80質量%であり、85質量%であり、88質量%であり、90質量%であり、92質量%であり、93質量%であり、94質量%であり、95質量%であり、96質量%であり、97質量%であり、98質量%であり、99質量%であり、100質量%である。好ましい総含有量の上限値は、100質量%であり、99質量%であり、98質量%であり、95質量%である。
例えば、本発明の供給装置は、その一部の構成を同様の機能を発揮する他の構成と置換してもよく、任意の構成を追加してもよい。また、本発明の液晶組成物の製造方法、膜付基材の製造方法及び液晶表示素子の製造方法は、任意の目的を有する追加の工程を有してもよく、同様の作用・効果が得られる任意の工程と置換されてもよい。
また、液晶組成物を供給する基材は、板状の基材である基板に限らず、如何なる形状の基材であってもよい。
なお、かかる精製装置の場合、中空糸膜束42の膜面積の下限値は、1m2程度が好ましく、上限値は、40m2程度が好ましく、20m2程度がより好ましい。また、液晶混合物40Aを中空糸膜モジュール4に通過させる際の流量は、100~20000mL/min程度が好ましく、500~5000mL/min程度がより好ましい。
さらに、液晶層40を形成する基材(膜付基材を作製するために使用する基材)としては、アクティブマトリクス基板AM及びカラーフィルタ基板CFに限らず、液晶層40(液晶組成物40C)と直接当接する基材が挙げられる。かかる基材としては、例えば、ITO電極のような電極、ガラス基板、アクリル(樹脂製)基板、透明基板、フレキシブル基板のような基板、カラーフィルタ、オーバーコート層のような樹脂層、無機膜(SiNx)のような絶縁膜等が挙げられる。なお、膜付基材の基材は、通常、液晶層に固定されるが、液晶層から剥離可能であってもよい。
V0:20℃における容量閾電圧[V]
ne:20℃及び589nmにおける異常光屈折率
n0:20℃及び589nmにおける常光屈折率
Δn:20℃及び589nmにおける光学的異方性
ε⊥:20℃及び1kHzにおけるダイレクターに垂直な誘電率
ε∥:20℃及び1kHzにおけるダイレクターに平行な誘電率
Δε:20℃及び1kHzにおける誘電異方性
γ1:20℃における回転粘度[mPa・s]。磁界中で回転法で決定される。
K1:20℃における「スプレイ(splay)」変形に対する弾性定数[pN]
K3:20℃における「ベンド(bend)」変形に対する弾性定数[pN]
LTS:低温安定性(ネマチック相)。試験用セル中で決定される。
HR20:20℃における電圧保持率[%]
HR100:100℃における電圧保持率[%]
液晶混合物1に0.3質量%の重合性化合物(ビフェニル4,4’-ジメタクリレート)を添加することにより、液晶混合物4を調製した。
(液晶混合物5)
液晶混合物2に0.3質量%の重合性化合物(ビフェニル4,4’-ジメタクリレート)を添加することにより、液晶混合物5を調製した。
なお、各液晶混合物中に含まれる残留溶剤の量は、約20ppmであった。
(実施例1)
上記液晶混合物1を、40℃に加熱した状態で、複数本のポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」とも記載する。)製の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、中空糸膜束を収納するPTFE製のハウジングとを備えを備える外部灌流型の中空糸膜モジュールに通過させた。これにより液晶組成物を製造した。
なお、中空糸膜は、外径が250μm、内径が150μmであった。また、中空糸膜束の膜面積を0.4m2に設定した。。
さらに、液晶混合物の中空糸膜モジュールへの流量を500mL/minとし、真空度を2.7kPa(abs)とした。
次に、液晶組成物をピエゾ駆動方式でステンレス製のノズル孔プレートを有するオンデマンド・インクジェットヘッドに供給し、インクジェットヘッドから基板上に連続吐出した。
なお、インクジェットヘッドのノズル孔径は40μmであり、圧電素子への印加するパルスの周波数を1kHz、電圧を50~100Vとした。
複数本のポリイミド(以下、「PI」とも記載する。)製の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、中空糸膜束を収納するPI製のハウジングとを備えを備える内部灌流型の中空糸膜モジュールを使用した以外は、実施例1と同様にして、液晶組成物を製造し、インクジェットヘッドから基板上に連続吐出した。
なお、中空糸膜は、外径が250μm、内径が180μmであった。また、中空糸膜束の膜面積を0.4m2に設定した。
複数本のPI製の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、中空糸膜束を収納するPI製のハウジングとを備えを備える外部灌流型の中空糸膜モジュールを使用した以外は、実施例1と同様にして、液晶組成物を製造し、インクジェットヘッドから基板上に連続吐出した。
なお、中空糸膜は、外径が250μm、内径が180μmであった。また、中空糸膜束の膜面積を0.4m2に設定した。
複数本のポリエチレン(以下、「PE」とも記載する。)製の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、中空糸膜束を収納するステンレス鋼製のハウジングとを備えを備える内部灌流型の中空糸膜モジュールを使用した以外は、実施例1と同様にして、液晶組成物を製造し、インクジェットヘッドから基板上に連続吐出した。
なお、中空糸膜は、外径が280μm、内径が200μmであった。また、中空糸膜束の膜面積は0.5m2であった。
複数本のポリ(4-メチルペンテン-1)(以下、「PMP」とも記載する。)製の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、中空糸膜束を収納するポリプロピレン製のハウジングとを備えを備える内部灌流型の中空糸膜モジュール(DIC株式会社製、「SEPAREL PF-001DGE」)を使用した以外は、実施例1と同様にして、液晶組成物を製造し、インクジェットヘッドから基板上に連続吐出した。
なお、中空糸膜は、外径が180μm、内径が100μmであった。また、中空糸膜束の膜面積は0.4m2であった。
複数本のPMP製の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、中空糸膜束を収納するポリプロピレン製のハウジングとを備えを備える外部灌流型の中空糸膜モジュール(DIC株式会社製、「SEPAREL EF-G4」)を使用した以外は、実施例1と同様にして、液晶組成物を製造し、インクジェットヘッドから基板上に連続吐出した。
なお、中空糸膜は、外径が180μm、内径が100μmであった。また、中空糸膜束の膜面積は0.4m2であった。
いずれの中空糸膜モジュールも使用しなかった以外は、実施例1と同様にして、インクジェットヘッドから基板上に連続吐出した。すなわち、比較例1では、液晶混合物1を基板上に吐出した。
2-1.残留溶剤の量
製造された液晶組成物中に含まれる残留溶剤の量を、ガスクロマトグラフィにより測定し、下記の評価基準に従って評価した。具体的には、ガスクロマトグラフィ用バイアルに液晶組成物を精評し、p-キシレンを加え、ミキサーで攪拌後、ガスクロマトグラフを用いて分析し、得られたデータと予め作成した各種溶剤の検量線から、計算により液晶組成物中の残留溶剤量を算出した。なお、比較例1では、液晶混合物中に含まれる残留溶剤の量を測定した。
[評価基準]
◎:0ppm(検出せず)
○:0.5ppm以下
△:0.5ppm超、1.0ppm以下
×:1.0ppm超
基板上に形成された被膜に発生したスジの本数を目視で観察及び測定し、下記の評価基準に従って評価した。なお、「×」を連続吐出性が不良とし、◎、○及び△を連続吐出性が良好とした。
[評価基準]
◎:スジ本数0~3本
○:スジ本数4~10本
△:スジ本数11~20本
×:スジ本数21本以上
実施例1~6で得られた液晶組成物に対し、120℃で1時間加熱し、波長365nmのUVを照射(100mW×50sec)した後、LCM-2型の液晶物性評価装置を用いて電圧保持率(VHR)の測定を行い、VHRの低下率を算出した(n=3)。そして、電圧保持率の低下率を下記の評価基準に従って評価した。
[評価基準]
◎:低下率1%以内
○:低下率1%超、20%以内
△:低下率20%超
以上の評価結果を、以下の表5及び表6に示す。
2 貯留部
3 温調部
31 バッファ部
32 ヒータ
4 中空糸膜モジュール
41 中空糸膜
42 中空糸膜束
43 ハウジング
44 支持体
45 ハウジング本体
46 第1の蓋体
461 小径部
461a 雌ネジ
462 テーパ部
463 大径部
47 第2の蓋体
471 小径部
471a 雌ネジ
472 テーパ部
473 大径部
48 接続部
481 雌ネジ
491 固定部
492 固定部
5 吸引部
6 液滴吐出部(供給部)
61 ノズル孔プレート
611 ノズル孔
611A 第1のノズル孔列
611B 第2のノズル孔列
612 ノズル孔形成面
62 キャビティ
63 振動板
64 加振部
65 加熱部
7 支持部
8 移動部
81 X方向移動部
811 X軸モータ
82 Y方向移動部
821 Y軸モータ
9 待機ステージ
10 液晶表示素子
11 制御装置(制御部)
111 CPU
112 ROM
113 RAM
12 フレーム
131 チューブ
132 チューブ
133 チューブ
134 チューブ
14 キャリッジ
151 ヒータ駆動回路
152 ペルチェ素子駆動回路
153 ヘッド駆動回路
154 X軸モータ駆動回路
155 Y軸モータ駆動回
16 入出力装置
17 ペルチェ素子
20 第1の基板
30 第2の基板
40 液晶層
40A 液晶混合物
40B 不純物
40C 液晶組成物
50 画素電極層
60 共通電極層
70 第1の偏光板
80 第2の偏光板
90 カラーフィルタ
110 ゲートバスライン
120 データバスライン
130 画素電極
140 Cs電極
150 ソース電極
160 ドレイン電極
170 コンタクトホール
AM アクティブマトリクス基板
BM ブラックマトリクス
CF カラーフィルタ基板
CL セル
DR 液滴
L 幅
S 離間距離
Claims (17)
- 複数種の液晶分子を含有する液晶混合物を準備する工程と、
前記液晶混合物を中空糸膜モジュールに通過させて、前記液晶混合物中に含まれる不純物を除去することにより、液晶組成物を得る工程とを有することを特徴とする液晶組成物の製造方法。 - 前記不純物は、1気圧での沸点が210℃以下の化合物である請求項1に記載の液晶組成物の製造方法。
- 前記不純物は、溶剤を含む請求項1又は2に記載の液晶組成物の製造方法。
- 前記中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、該中空糸膜束を収納するハウジングとを備え、
前記中空糸膜及び前記ハウジングのうちの少なくとも一方が、フッ素系樹脂又はイミド系樹脂を含む請求項1~3のいずれか1項に記載の液晶組成物の製造方法。 - 前記中空糸膜モジュールは、前記液晶混合物を前記ハウジングと前記中空糸膜束とで画成された空間に通過させる外部灌流型のモジュールである請求項4に記載の液晶組成物の製造方法。
- 前記中空糸膜束の膜面積は、0.01~40m2である請求項4又は5に記載の液晶組成物の製造方法。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の液晶組成物の製造方法により液晶組成物を製造する工程と、
該液晶組成物を基材上に供給して、前記液晶組成物による被膜を形成する工程とを有することを特徴とする膜付基材の製造方法。 - 前記被膜を形成する工程において、液滴吐出法により前記液晶組成物を液滴として前記基材上に供給する請求項7に記載の膜付基材の製造方法。
- 一対の基板と、該一対の基板間に設けられた液晶層とを有する液晶表示素子の製造方法であって、
請求項1~6のいずれか1項に記載の液晶組成物の製造方法により液晶組成物を製造する工程と、
該液晶組成物を前記一対の基板間に配置して、前記液晶層を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 前記液晶層を形成する工程において、液滴吐出法により前記液晶組成物を液滴として一方の前記基板上に供給した後、前記液晶組成物を介して他方の前記基板を前記一方の基板に重ね合わせる請求項9に記載の液晶表示素子の製造方法。
- 液晶組成物の供給に用いられる供給装置であって、
複数種の液晶分子を含有する液晶混合物を通過させて、該液晶混合物中に含まれる不純物を除去することにより前記液晶組成物を製造する中空糸膜モジュールを少なくとも有することを特徴とする供給装置。 - さらに、基材を支持する支持部と、該支持部に対して相対的に移動可能に設けられ、前記中空糸膜モジュールから移送された前記液晶組成物を、前記支持部に支持された前記基材上に供給する供給部とを有する請求項11に記載の供給装置。
- 前記供給部は、液滴吐出法により前記液晶組成物を液滴として前記基材上に供給する液滴吐出ヘッドである請求項12に記載の供給装置。
- 前記中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、該中空糸膜束を収納するハウジングとを備え、
前記中空糸膜及び前記ハウジングのうちの少なくとも一方が、フッ素系樹脂又はイミド系樹脂を含む請求項11~13のいずれか1項に記載の供給装置。 - 前記中空糸膜モジュールは、前記液晶混合物を前記ハウジングと前記中空糸膜束とで画成された空間に通過させる外部灌流型のモジュールである請求項14に記載の供給装置。
- さらに、前記液晶混合物を貯留する貯留部を有し、
前記中空糸膜モジュールは、前記貯留部から移送された前記液晶混合物を通過させる請求項11~15のいずれか1項に記載の供給装置。 - さらに、前記中空糸膜モジュールを通過する前の前記液晶混合物、及び前記中空糸膜モジュールを通過した後の前記液晶組成物のうちの少なくも一方の温度を調整する温調部を有する請求項16に記載の供給装置。
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